Čočky pro rovnoměrné osvětlení pomocí LED

Bc. Michal Šolc

Diplomová práce

Lens for uniform LED illumination

Anotace:

Tato diplomová práce se zabývá problematikou generace rovnoměrného výstupního osvětlení pomocí LED. Cílem práce je seznámit se a naučit se pracovat s optickým programem OpticStudio 14 od společnosti ZEMAX a pomocí něho navrhnout a simulovat freeform čočku pro rovnoměrné obdélníkové výstupní LED osvětlení. Výsledkem je výroba čočky a proměření její vyzařovací charakteristiky. V práci je rovněž shrnut přehled freeform čoček, používané materiály, technologie výroby a povrchové úpravy čoček. Čočka byla navržena v programu OpticStudio 14 od společnosti ZEMAX. K návrhu čočky jsem použil speciální mód s názvem NCS Roadway Lighting. Pro modelování čočky byla použita rovnice bikonické Zernikeho plochy s využitím Z-term kořenů. Potom byla nastavena meritní funkce, podle které byla čočka finálně optimalizována pro rovnoměrné obdélníkové osvětlení. Na základě této práce bylo možné vyrobit freeform čočku pomocí přesné 3D tiskárny. Freeform čočka má rozměry 34 × 21 mm s výškou 12,5 mm, vyzařovací úhel 25 × 140 ° a osvětluje prostor o tvaru obdélníku s poměrem stran 10 : 1. Výsledné změřené parametry se shodují s parametry, které byly simulovány v OpticStudiu 14, což potvrzuje správný návrh a výrobu freeform čočky.

Abstract:

Focus of this diploma thesis is the topic of uniform rectangular LED illumination. The aim of this thesis is to get acquainted and learn to work with optical program OpticStudio 14 from ZEMAX Company and use it to design and simulate freeform lens for uniform rectangular LED illumination. The result of this process is the lens development and measurement of radiation characteristic of the lens. The thesis also contains overview of freeform lenses and summarization of used materials, production technology and lens coatings. The lens was designed in program OpticStudio 14 from ZEMAX Company. I used a special mode called NCS Roadway Lighting for the lens design. Biconical Zernike surface with Z-term roots was used for the lens modelling. Then the merit function was set up, according to which the lens was finally optimized for uniform rectangular illumination. Based on this design it would be possible to produce the freeform lens on precise 3D printer. The final dimension of the freeform lens is 34 × 21 mm with height 12,5 mm, the viewing angle is 25 × 140 ° and it illuminates the rectangular area with an aspect ratio 10 : 1. The final measured parameters are consisted with the parameters that have been simulated in OpticStudio 14 which proves the correctness of design and production of freeform lens.

Klíčová slova

Freeform čočka, LED, Osvětlení, Simulace, Zemax OpticStudio 14, Vyzařovací charakteristika

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 5. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 6. 2015
• Vedoucí: doc. RNDr. Miroslav Šulc, Ph.D.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Magisterský studijní program / obor:
Elektrotechnika a informatika / Mechatronika